Intemperismo, Erosão e Formação de Solos

Processos Geoquímicos, Pedogênese e Modelagem Hidrossedimentológica
Geotecnologias e SIG

Luiz Diego Vidal Santos

Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS)

Visão Geral

Tópicos Principais

  • 1 Fatores de formação e equação de Jenny
  • 2 Processos de intemperismo e quantificação
  • 3 Pedogênese e horizontes diagnósticos
  • 4 Dinâmica erosiva e RUSLE
  • 5 Integração solo-paisagem (catenas)
  • 6 Conservação e engenharia de mitigação

Objetivo Central

Compreender os mecanismos de intemperismo, a gênese de horizontes diagnósticos e a modelagem hidrossedimentológica como condição para dimensionamento de infraestrutura hídrica e planejamento de uso da terra.

1 - FATORES DE FORMAÇÃO DO SOLO

Equação de Jenny (1941)

O solo constitui um sistema termodinâmico multifásico cuja evolução resulta da dissipação de energia livre na interface litosfera-atmosfera-biosfera.

A equação de fatores de estado postula:

\[S = f(cl, o, r, p, t)\]

Fator Símbolo Papel
Clima \(cl\) Energia e água disponíveis
Organismos \(o\) Ciclagem e bioturbação
Relevo \(r\) Redistribuição gravitacional
Material de origem \(p\) Composição mineralógica
Tempo \(t\) Duração dos processos

O solo como regulador

A arquitetura do solo governa a partição dos fluxos de água e energia na bacia hidrográfica (Brady e Weil 2016).

Compreender intemperismo, pedogênese e erosão é condição para:

  • Dimensionamento de infraestrutura hídrica
  • Planejamento de uso da terra
  • Manejo de bacias hidrográficas
  • Previsão de respostas a mudanças climáticas

2 - PROCESSOS DE INTEMPERISMO

Intemperismo químico e Série de Goldich

A Série de Goldich (1938) hierarquiza a suscetibilidade dos silicatos à dissolução:

  • Olivinas e piroxênios (mais suscetíveis)
  • Anfibólios e biotita
  • Feldspatos sódico-cálcicos
  • Feldspatos potássicos
  • Muscovita e quartzo (mais resistentes)

Reações dominantes

  • Hidrólise ácido-base
  • Carbonatação (\(CO_2 + H_2O \leftrightarrow H_2CO_3\))
  • Oxirredução de \(Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+}\)
  • Complexação orgânica por ácidos húmicos

Quantificação: CIA

O Chemical Index of Alteration quantifica o grau de alteração:

\[CIA = \frac{Al_2O_3}{Al_2O_3 + CaO^* + Na_2O + K_2O} \times 100\]

CIA Interpretação
50-60 Alteração incipiente
60-80 Alteração moderada
> 80 Laterita (extrema lixiviação)

Complementado por PIA, WIP e Índice de Vogt para diagnóstico completo.

Análise de Brimhall-Chadwick

Na escala de perfil, a análise de Brimhall-Chadwick utiliza elemento imóvel (Ti ou Zr) para calcular:

  • Fluxo de massa (\(\tau_i\)) - ganho/perda de cada elemento
  • Deformação volumétrica (\(\varepsilon\)) - expansão ou colapso

Distingue processos isométricos (alteração sem mudança de volume) de colapsivos (perda de volume por dissolução). (Brimhall et al. 1992)

Produtos do intemperismo tropical

O efeito sobre a mineralogia primária se complementa pela fragmentação física que amplia a área específica, gerando:

  • Gibbsita (\(Al(OH)_3\)) - clima muito úmido
  • Caulinita (\(Al_2Si_2O_5(OH)_4\)) - clima tropical
  • Óxidos de ferro (goethita, hematita)
  • Esmectitas - clima de drenagem restrita

A interação com reservatórios de carbono promove agregação e cria a porosidade funcional do perfil.

3 - PEDOGÊNESE E HORIZONTES DIAGNÓSTICOS

Diferenciação de horizontes

A pedogênese produz horizontes com propriedades contrastantes:

Horizonte Característica
A Matéria orgânica humificada
E Perda eluvial de argila
Bt Feições cutânicas de iluviação
C Estrutura reliquiar da rocha-mãe

No SiBCS (EMBRAPA 2018), essas configurações geram Argissolos ou Luvissolos, sendo saturação por bases, profundidade do Bt e teores de Fe_ox critérios determinantes.

Propriedades hidráulicas

O modelo de van Genuchten descreve a curva de retenção de água, enquanto a conectividade porosa, governada pelo conceito de dupla porosidade, explica a anisotropia da condutividade hidráulica saturada (\(K_s\)).

Bioporos gerados por raízes e fauna edáfica favorecem:

  • Infiltração preferencial
  • Troca iônica
  • Ciclagem de nutrientes
  • Drenagem interna do perfil

4 - DINÂMICA EROSIVA E MODELAGEM

RUSLE - Equação Universal Revisada

Erosão hídrica se instala quando a energia cinética do impacto da chuva ou a tensão cisalhante do escoamento supera a resistência coesiva dos agregados.

\[A = R \cdot K \cdot L \cdot S \cdot C \cdot P\]

Fator Significado
\(R\) Erosividade da chuva (\(EI_{30}\))
\(K\) Erodibilidade do solo
\(L \cdot S\) Comprimento e declividade da encosta
\(C\) Uso e manejo
\(P\) Práticas conservacionistas

Modelos fisicamente baseados

  • WEPP - integra fluxos de energia cinética com resolução intra-evento
  • USPED - capacidade de transporte de sedimentos

O fator \(LS\) é derivado por algoritmos D-infinity aplicados a MDEs, melhorando a representação da convergência de fluxo.

Erosão no semiárido brasileiro

No domínio semiárido brasileiro, chuvas convectivas produzem erosividade elevada:

\[R > 7\,000 \text{ MJ mm ha}^{-1} \text{h}^{-1} \text{ano}^{-1}\]

Fatores agravantes

  • Prevalência de Neossolos Litólicos
  • Solos com horizonte B textural
  • Crostas superficiais que favorecem escoamento Hortoniano
  • Alta conectividade hidrossedimentológica

Consequências

  • Erosão laminar intensa
  • Assoreamento de açudes
  • Perda de solo arável
  • Eutrofização de corpos hídricos a jusante
  • Comprometimento da segurança hídrica

A integração solo-paisagem é essencial para priorizar intervenções conservacionistas em sub-bacias críticas (EMBRAPA 2018).

5 - INTEGRAÇÃO SOLO-PAISAGEM

Catenas topográficas

Catenas topográficas revelam migração lateral de argilas ao longo da vertente:

Posição Solo Processo
Topo Latossolo Intemperismo profundo
Encosta Argissolo Eluviação lateral
Vale Gleissolo Hidromorfismo

A dinâmica pedogênica retroalimenta o relevo ao acelerar o intemperismo em profundidade.

Impactos antrópicos

Mudanças de uso elevam o fator \(C\) da RUSLE de \(< 0{,}2\) para \(> 0{,}6\), multiplicando perdas em três a cinco vezes. Além disso:

  • Acidificação por fertilizantes nitrogenados
  • Salinização por irrigação inadequada
  • Selagem superficial por maquinário
  • Comprometimento da regulação hídrica
  • Perda de carbono pedológico (ODS 15)

6 - CONSERVAÇÃO E ENGENHARIA DE MITIGAÇÃO

Manipulação dos fatores da RUSLE

Manipular simultaneamente os fatores da RUSLE em eixos sinérgicos constitui o princípio da engenharia de conservação (Bertoni e Lombardi Neto 2012).

Fator C (cobertura)

  • Palhada > 6 t ha\(^{-1}\)
  • Sistemas agroflorestais
  • Manutenção da cobertura em período chuvoso

Fator K (erodibilidade)

  • Incremento de carbono orgânico > 3%
  • Aplicação de silicato de cálcio
  • Melhoria da agregação

Fatores LS e P (hidrológico)

Controle hidrológico integra:

  • Terraceamento em nível
  • Cultivos em contorno
  • Barraginhas (bacias de infiltração)

A priorização pode ser conduzida por modelagem AHP em microbacias com:

  • \(\tau_{Si} < -0{,}5\) (perda silício acentuada)
  • Densidade de drenagem \(> 2\) km km\(^{-2}\)

Exemplos de campo

Cordão de contorno implantado em encosta experimental — interceptação do escoamento e retenção de sedimentos, reduzindo os fatores LS e P da RUSLE

Bacia de captação (barraginha) em operação após evento de chuva — redução do fator L e retenção de sedimentos

Referências

  • Bertoni, J.; Lombardi Neto, F. (2012). Conservação do Solo. 9. ed. Ícone.
  • Brady, N. C.; Weil, R. R. (2016). The Nature and Properties of Soils. 15. ed. Pearson.
  • Brimhall, G. H. et al. (1992). Deformational mass transport in soil evolution. Science, 255, 695-702.
  • EMBRAPA. (2018). Sistema Brasileiro de Classificação de Solos. 5. ed. Embrapa Solos.
  • Goldich, S. S. (1938). A study in rock-weathering. J. Geology, 46(1), 17-58.
  • Jenny, H. (1941). Factors of Soil Formation. McGraw-Hill.
  • Wischmeier, W. H.; Smith, D. D. (1978). Predicting Rainfall Erosion Losses. USDA Agriculture Handbook 537.

Obrigado!

Luiz Diego Vidal Santos

Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS)